Quelques problèmes d’intéropérabilité de sig : raboutement et ontologies Robert Laurini

Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies

• Robert Laurini

• INSA de Lyon

• http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini

Table des matières

• I – Généralités sur l’intéropérabilité

• 2 – Raboutement des BD géographiques

• 3 – Interopérabilité sémantique

• 4 – Projet Towntology

• 5 – Conclusions

Visions de l'interopérabilité

Intéropérabilité

• Intéropérabilité des données et des traitements

• Rêve des utilisateurs, cauchemar pour les informaticiens

• Interopérabilité totale: impossible actuellement

• Open GIS

Problématiques de l’intéropérabilité

• Problèmes

• Définition

• Niveaux d’intéropérabilité

Nécessité de l’intéropérabilité

• "Legacy systems"

• Variété des logiciels, des applications, des gestionnaires

• Difficulté de réécriture et de réutilisation

• Connexion entre les sites

Définition de l'intéropérabilité

• "Capacité technique des applications

• d’organismes différents à coopérer

• sans conflits de systèmes,

• de logiciels ou de contenu.".

Niveaux d’intéropérabilité

Niveaux d’intéropérabilité

• Syntaxique:

• au niveau des types abstraits des attributs (valeur)
• au niveau des schémas (relations)

• Sémantique:

• au niveau de la signification des données
• définition des données et des attributs
• géométrie et topologie

Exemple des routes

• Distances (km ou miles)  syntaxique

• Routes et autoroutes  sémantique

• Mais qu’est ce qu’une rue (du point de vue informatique) ?

« Nous avons le fichiers des rues ! »

« Nous avons le fichiers des rues ! »

Multiplicité des représentations

Modèle de l'OpenGIS

• Consortium d’entreprises, de centres de recherches et d’administrations

• Intéropérabilité des applications géographiques

• Standards

• http://www.opengis.org

Modèle de l'OpenGIS

Solution ESRI: syntaxtique

Diversité des couches d’information

Couvertures géographiques

Thématiques et couvertures

• Même couverture spatiale, diverses couches de données

• Couvertures spatiales différentes, couches de données similaires

• Couvertures spatiales contiguës, couches de données similaires

Exemples

• Pollution du Léman

• Suivi du Rhin

• Méditerranée

• Projets transfrontaliers

• Transports internationaux

• Croisement de diverses sources de données

• …

Hypothèses communes

• Existant

• Contiguïté des couvertures géographiques, ou bien légères superpositions
• Couches de données similaires
• SGBD ou SIG différents
• Pas de changements dans les BD locales

• Objectifs : transparence

• Une seule couverture géographique
• Langue(s) de travail
• Définition consensuelle des attributs

Problèmes à résoudre

• Raboutement des BD géographiques

• Cartographique
• Sémantique
• Sémantico-géographique
• Topologique

• Création d’une ontologie de domaine

2 – Raboutement des BD géographiques

• Importance du raboutement des cartes

•  Raboutement des BD géographiques

• Projections, et systèmes de références différents

• Tenir compte de la qualité de l’information

• Erreurs de mesure

Différences géométriques

Différences aux frontières

Exemple de raccordement

Au voisinage des frontières

• Les tracés des frontières sont différents

• Non alignement des objets (ex routes)

• Objets artificiellement coupés (fleuve, bâtiment, etc.)

• Objets ou portion d’objets absents à cause de la différence des spécifications des BD

Forçage

Points homologues

• Choix des points homologues

• Calcul des nouvelles valeurs des coordonnées des points homologues (en fonction de la qualité respective des BD)

• Alignement des altitudes selon le géoïde considéré

Formules de rubber-sheeting

• Rubber-sheeting linéaire

• Rubber-sheeting bilinéaire

Exemple de terrains contigus

Solution

Bande élastique

Forçage des points aux frontières en milieu urbain

Résolution d’une requête à cheval sur deux BD spatiales

Raboutement et raccordement

• Raboutement cartographique

• Raccordement sémantique

• Raccordement topologique

Raboutement cartographique

• Correction des différences

• Forçage au voisinage des frontières

• Seulement au niveau cartographique

•  les cartes paraissent belles

•  pas de requêtes possibles sur la frontière

Raccordement sémantique

• Reconstruction des objets artificiellement coupés (rivières, etc.)

•  ce sont des objets uniques ayant des morceaux dans différentes BD

•  il est possible de lancer des requêtes sur ces objets

•  certains traitements sont possibles

Raccordement topologique

• Continuité des graphes (continuité topologique)

•  créer des nœuds dont l’une des arêtes appartient à une base, et l’autre à une seconde

•  la récursivité devient possible

•  Les algorithmes de recherche de chemin fonctionnent

Résolution des requêtes et indexation spatiale

• Indexation spatiale

• Localisation de l’index global

• Recherche des sites pertinents

• Résolution des requêtes inter-bases

Indexation spatiale distribuée

Rectangles de zone englobants

Où ranger l’index global ?

• Deux possibilités

• un unique exemplaire sur un site privilégié (en opposition avec la règle de Date)
• une copie par site

• Aucune difficulté à avoir un index global par site, car il est généralement de petite taille

• Prévoir les mécanismes pour y intégrer de nouvelles BD

Index global et locaux

Résolution d’une requête interbase

Résolution d’une requête de chemin

Identificateurs locaux, globaux ; Identificateurs d'objects ; Continuité topologique

3 - Intéropérabilité sémantique

• Métadonnées

• Médiateurs

• Ontologies

3.1 - Métadonnées

• Informations sur les informations

• Dictionnaires de données

• Les métadonnées sont des informations qui permettent la description de tous types de données : nature, définition, origine, organisation, disponibilité, mise à jour, usage, cohérence, etc ...

Métadonnées spatiales (FGDC)

3.2 Médiateurs

• Médiateur = un adaptateur de données situé sur un réseau

Exemples de médiateurs

• conversion de supports

• conversion d’unités

• conversion de structures

• changement de noms

• traduction de noms

• classification d’objets

• regroupements sémantiques

• etc.

Intéropérabilité par médiateurs

Intéropérabilité par médiateurs

• Médiateur = composant logiciel qui résout les conflits schématiques et sémantiques

• Wrapper = composant logiciel qui fournit des services d’accès aux données grâce à un langage commun entre les bd et les médiateurs ; il assure la traduction des requêtes, met en forme les résultats et les transmet aux médiateurs

Méthodologie d’intégration avec médiateurs

• Principe : petits modules répartis sur le long du réseau

• Repérer les données analogues dans les BD

• Ecrire les fonctions de conversions (a priori, un médiateur par attribut)

• Les installer aux endroits stratégiques

3.3 Ontologies

• Vocabulaire formalisé pour décrire des situations

• Ontological commitment : engagement par ontologie

• Langages : Ontolingua, KIF, etc.

Exemple d’ontologie

Partage d’ontologie

Intéropérabilité par ontologie

Méthodologie d’intégration avec ontologie

• Principe : normalement l’ontologie est complète et pré-existante.

• Repérer les correspondances BD-ontologie et décrire les transformations en liaison avec cette ontologie

• Résolution dynamique des conflits (si médiateurs, résolution statique)

Interopérabilité au travers d'une ontologie

Correspondance avec médiateurs

Exemple en démographie

Exemple de médiateurs (1)

• Contenu des DB :

• DB1 : 1 entité « résidents »
• DB2 : 2 entités « hommes » et « femmes »

• Comment obtenir

• DB1 : hommes et femmes ?
• DB2 : résidents ?

Exemple de médiateurs (2)

• Solution : avec mediatori

• Médiateurs exacts

• DB2.residents= DB2.hommes + DB2.femmes

• Médiateurs approchés

• DB1.hommes = 0.48DB1.residents
• DB1.femmes = 0.52DB1.residents

4 – Projet TOWNTOLOGY

• Création d'une ontologie pour l'urbanisme

• Première étape à Lyon (2002-2003)

• Voirie (en français)
•  900 concepts

• Seconde étape (2003-2004)

• Mise en place d'un réseau COST
• Extension à d'autres langues
• Mobilité

• Site web:

• http://lisi.insa-lyon.fr/~townto

Principes de Towntology

• 9 relations :

• est fait de
• est composé de
• est localisé à
• est utilisé pour
• est situé sur
• est un
• est un sous-ensemble de
• dépend de
• est un instrument pour

Projet Towntology

• Créer une ontologie de domaine

• ville
• urbanisme

• Initiateurs : INSA (LIRIS + EDU)

• Projet COST UCE 21

• Université de Liège
• Queens University of Belfast
• Münster Universität
• Universidad Politécnica de Madrid
• Università della Basilicata
• Etc.

A Lyon

• Groupe de travail

• Trois permanents
• Deux doctorants en informatique
• Deux étudiants en urbanisme

• Voirie

• Actuellement > 800 concepts (en français)
• Graphe, relations, définitions, photos, etc.

• Autres domaines

• Transports, mobilité, etc.

Début de l’ontologie

Ontologie (suite)

Extrait de l’ontologie

Graphe de l’ontologie

Exemple : POS

Début de l’ontologie sur les transports

Description d’un concept

Portail

Interface graphique (browser)

Visualisation de contenu

6 – Conclusion

• Importance de l'intéropérabilité

• Importance de la sémantique des données

• Intéropérabilité n’est pas seulement un problème de programmation, mais plutôt différentes façons de voir la réalité

• Deux cas dans l’intéropérabilité des SIG

• Problèmes géométriques
• Rubber sheeting aux frontières
• Raccordement topologique
• Problèmes sémantiques
• Création d’ontologies de domaines